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Bionik: Seegurke – Vorbild für künstlichen Angelköder

Seegurke - Quelle: Cornerstone / pixelio.de
Seegurke - Quelle: Cornerstone / pixelio.de

Seegurken liegen meist regungslos am Meeresgrund und sehen eher plump wie eine pralle Wurst mit Stacheln aus. Doch berührt man ihre weiche Haut, so versteift diese sich unmittelbar. Das gelingt der Seegurke durch eingelagerte Kollagenfasern in der Außenhaut, die sich durch einen Berührungsreiz zu einem starren Gerüst verbinden. Wissenschaftler haben dieses Verhalten auf ein intelligentes Materials mit Formgedächtnis übertragen. Dazu wurden kristalline Zellulose-Nanofasern in ein Polymer eingebettet. Die Nanofasern werden zum Beispiel beim Auflösen von Baumwolle oder Papier gewonnen. Ihre recht einfache Struktur ist mit der von Kohlenstoff-Nanoröhrchen vergleichbar.

Bettet man sie in ein Polymer ein, so verbinden sich die Nanofasern über Wasserstoffbrücken-Bindungen miteinander. Um mit diesem Material einen künstlichen Wurm herzustellen, wird das feuchte Verbundmaterial in die Länge gezogen und verdreht. Beim Trocknen erstarrt das Material in dem verformten Zustand. Bringt man dieses wiederum mit Wasser in Kontakt, so werden die Wasserstoffbrückenbindungen geschwächt und das Material nimmt aufgrund seiner Elastizität seine Ursprungsform wieder an. Während dieses Prozesses verhält das künstliche Material sich wie ein zappelnder Wurm im Wasser. Ein mögliches Einsatzfeld für dieses intelligente Material, welches durch den Kontakt mit Wasser seine Ursprungsform wieder annimmt, sind Elektroden, die ins Gehirn von beispielsweise Parkinson-Patienten eingesetzt werden. Zur genauen Platzierung der Elektroden müssen diese steif sein. Steife Materialien lösen jedoch eine Abstoßungsreaktion hervor. Das neu entwickelte intelligente Kunststoff-Material würde nach dem Einsetzen durch den Kontakt mit der wässrigen Gehirnflüssigkeit, dem Liquor, weich und würde so eine Abstoßung durch den Körper zumindest hinauszögern.

Formgedächtnis-Materialien und ihre Anwendungsbereiche
Ein Material mit der Fähigkeit wieder seine Ursprungsform anzunehmen, bezeichnet man als Formgedächtnis-Material. Auch manche Joghurtbecher aus Polystyrol (PS) können durch Erhitzen in ihre Ursprungsform – eine platte Scheibe - überführt werden. Auch sie verfügen über ein Formgedächtnis. In der Natur fällt dieses Prinzip unter die Selbstorganisation. Das wohl bekannteste Material für ein Formgedächtnismaterial ist eine Büroklammer. Biegt man sie auseinander und hält den Draht anschließend über die Flamme eines Feuerzeugs, geht dieser in seine ursprüngliche Form über. In der Medizintechnik setzt man schon seit einigen Jahren Stents zur Stabilisierung von Arterien oder Herzklappen aus Formgedächtnis-Materialien ein. Hierzu wird der Draht zunächst zusammengefaltet, um es in das Blutgefäß einzuführen. Die Temperatur des Blutes reicht aus, um den Formgedächtnisprozess in Gang zu setzen und der Draht entfaltet sich und stützt so das Blutgefäß. Aber auch im Produkt- und Modedesign setzt man zunehmend Formgedächtnis-Materialien ein. So beispielsweise in dem bügelfreien Hemd eines italienischen Herstellers. Hier reicht die Luft eines Föns, um das Material zu Glätten.

Die Seegurke
Die Seegurken (Holothuroidea), auch Seewalzen genannt, sind eine Klasse im Stamm der Stachelhäuter. Mit etwa 1200 Arten sind sie die formenreichste Gruppe der Stachelhäuter, zu denen unter anderem auch die Seesterne und Seeigel gehören. Diese Meeresbewohner sind Sedimentfresser oder Planktonfresser. Ihre Stacheln dienen zum Graben, zur Fixierung am Meeresgrund und zum Schutz vor Fressfeinden. Doch die Seegurken verteidigen sich noch mit einer anderen Waffe, nämlich durch Auswurf von klebrigen und zum Teil giftigen Schleimfäden oder gar ihren inneren Gedärmen! Durch Kontraktion des Hautmuskelschlauchs schleudern sie diese heraus. Die herausgeschleuderten Eingeweide wachsen jedoch nach – ähnlich wie beim Axolotl abgetrennte Gleidmaßen wieder nachwachsen.

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Quellen:

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